АНАЛIЗ МУТАГЕНЕЗУ В АПIКАЛЬНИХ МЕРИСТЕМАХ КОРЕНIВ Zea mays L. (POACEAE) IНДУКОВАНОГО СУМIСНОЮ ДIЄЮ IОНIВ КАДМIЮ, НIКЕЛЮ I ЦИНКУ

O. M. Zubrovska

doi:10.31812/eco-bulletin-krd.v6i0.4563

Автор(и)

O. M. Zubrovska Криворiзький ботанiчний сад НАН України

DOI:

https://doi.org/10.31812/eco-bulletin-krd.v6i0.4563

Ключові слова:

кадмiй, цинк, нiкель, Zea mays, мiтоз, хромосомнi аберацiї, цитогенетичнi порушення

Анотація

У роботi представленi результати проведеного цитологiчного
аналiзу апiкальних меристем коренiв кукурудзи гiбриду Блiц 160 МВ
за наявностi в середовищi зростання iонiв цинку, нiкелю i кадмiю.
Встановлено, що сумiсна дiя iонiв важких металiв насамперед викликала
загальне зниження мiтотичного iндексу та зростання в меристематичних
клiтинах проросткiв Z. mays частки клiтин, якi знаходяться на стадiї
профази та метафази. На вiдмiну вiд цього, вiдсоток анафазних клiтин
знижувався на 15–20%, а частка телофазних клiтин — у 1,2–1,5 раза
вiдносно контрольних умов вiдповiдно. У спектрi цитогенетичних
порушень, викликаних дiєю важких металiв у коренях гiбриду кукурудзи
Блiц 160 МВ, були зареєстрованi аномалiї, обумовленi пошкодженням
хромосом (одинарнi та множиннi мости, аглютинацiя хромосом) та
аномалiї, обумовленi пошкодженням мiтотичного апарату (вiдставання
та випередження хромосом, дезорiєнтованi хромосоми, фрагменти
хромосом i багатополюснi мiтози). Порiвняно з контролем, наявнiсть у
середовищi зростання iонiв кадмiю, цинку та нiкелю як в мiнiмальних,
так i максимальних концентрацiях проявляла високу цитотоксичну дiю
та iндукувала збiльшення в понад 5 разiв кiлькостi аберантних клiтин у
кореневих меристемах проросткiв кукурудзи. В цiлому, серед хромосомних
аберацiй найпоширенiшими були вiдставання хромосом (понад 75%
вiд загальної кiлькостi патологiй мiтозу), одинарнi мости (8,8%),
випередження (2,5%) та багатополюснiсть (2,0%). Крiм того, сумiсна
дiя iонiв металiв iндукувала утворення таких аномалiй, як аглютинацiя,
дезорiєнтованi хромосоми та фрагменти. Установлене нами загальне
зниження мiтотичного iндексу i широкий спектр хромосомних аберацiй
вказують на те, що важкi метали за їх сумiсної дiї є кластогенними
i впливають на хромосоми на рiвнi ДНК. А показана нами висока
цитогенетична активнiсть iонiв кадмiю, цинку та нiкелю пiдтверджує
генетичну небезпеку промислових викидiв iз вмiстом iонiв важких
металiв для органiзмiв в екосистемах i передбачає необхiднiсть розробки
нацiональної програми широкомасштабного генетичного монiторингу
техногенного забруднення територiй промислових регiонiв України.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Metrics

Metrics Loading ...

Abstract views: 120 / PDF downloads: 101

Посилання

1. Abdel Migit, H. M. A., Azab, Y. A., & Ibrahim, W. M. (2007). Use of plant genotoxicity bioassay for the evaluation of efficiency of algal biofilters in bioremediation of toxicindustrial effluent. Ecotoxicol and Environ. Safety, 66, 57–64.
2. Aslam, R., Bhat, T. M., Choudhary, S., & Ansari, M. Y. K. (2017). An overview on genotoxicity of heavy metal in a spice crop (Capsicum annuum L.) in respect to cyto-morphological behavior. Caryologia: International Journal of Cytology, Cytosystematics and Cytogenetics, 70, 42–47. https://doi.org/10.1080/00087114.2016.1258884
3. Bannon, D. I., Drexler, J.W., & Fent, G. M., et al. (2009). Evaluation of small arms range soils for metal contamination and lead bioavailability. Environ. Sci. Technol., 43, 9071–9076. https://doi.org/10.1021/es901834h
4. Belousov, M. V., & Mashkina, O. S. (2015).Vliyaniye nikelya i kadmiya na tsitogeneticheskiye pokazateli Pinus sylvestris L. [Cytogenetic response of scots pine (Pinus sylvestris L.) to cadmium and nickel]. Cytology, 57 (6), 459–464. (in Russian).
5. Belykh, E. S., & Maystrenko, T. A. (2015). Tsitologicheskiye effekty u rasteniy Allium schoenopranum proizrastayushchikh na tekhnogenno zagryaznennoy pochve [Cytological effects in Allium schoenopranum plants growing on technogenically contaminated soil]. Radiation biology. Radioecology, 55 (1), 5–15. (in Russian).
6. Bohuslavska, L. V., Shupranova, L. V., & Vinnychenko, O. M. (2009). Tsytohenetychna aktyvnist merystematychnykh klityn koreniv roslyn kukurudzy za rozdilnoyi ta sumisnoyi diyi ioniv vazhkykh metaliv [The cytogenetic activity of meristeme of root cells of plants mays for separately and combination of influence ions heavy metals]. Bulletin of the Ukrainian Society of Geneticists and Breeders, 7 (1), 10–16. (in Ukrainian).
7. Chakravarty, B., & Srivastava, S. (1992). Toxicity of some heavy metals in vivo and in vitro in Helianthus annuus. Mutat. Res., 283, 287–294. https://doi.org/10.1016/0165-7992(92)90061-L
8. Compton, D. A. (2011). Mechanisms of Aneuploidy. Current Opinion in Cell Biology, 23 (1), 109–113. https://doi.org/10.1016/j.ceb.2010.08.007
9. Dovhalyuk, A. (2013). Zabrudnennya dovkillya toksychnymy metalamy ta yoho indykatsiya za dopomohoyu roslynnykh testovykh system [Environmental contamination by toxic metals and its indication by plant test systems]. Studia Biologica, 7 (1), 197–204. (in Ukrainian).
10. Fuchs, L. K., Jenkins, G., & Phillips, D.W. (2018). Anthropogenic Impacts on Meiosis in Plants. Front. Plant Sci., 9, 1429. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01429
11. Gichner, T., Patkova, Z., Szakova, J., & Demnerova, K. (2006). Toxicity and DNA damage in tobacco and potato plants growing on soil polluted with heavy metals. Ecotoxicol. Environ. Saf., 65, 420–426. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2005.08.006
12. Hautier, Y., Tilman, D., & Isbell, F., et al. (2015). Anthropogenic environmental changes affect ecosystem stability via biodiversity. Science, 348, 336–340. https://doi.org/10.1126/science.aaa1788
13. Khan, S., Anas, M., & Malik, A. (2019). Mutagenicity and genotoxicity evaluation of textile industry wastewater using bacterial and plant bioassays. Toxicology Reports, 6, 193–201. https://doi.org/10.1016/j.toxrep.2019.02.002
14. Kulaeva, O. A., Gribchenko, E. S., & Zorin, E. A., et al. (2018). Sravnitel’nyy analiz ekspressii genov, svyazannykh so stressom, u dvukh liniy gorokha, kontrastnykh po priznaku ustoychivosti k kadmiyu [Comparative analysis of the expression of stress-related genes in two pea genotypes contrasting in tolerance to cadmium]. Ecological genetics, 16 (4), 75–84. https://doi.org/10.17816/ecogen16475-84 (in Russian).
15. Kumar, G., & Rai, P. (2007). Comparative Genotoxic Potential of Mercury and Cadmium in Soybean. Turk. J. Biol., 31, 13–18.
16. Kumar, G., & Srivastava, A. (2015). Clastogenic and mito-inhibitory effect of heavy metals in root meristems of Vicia faba. Chromosome Botany, 10 (1), 23–29. https://doi.org/10.3199/iscb.10.23
17. Mittal, N., & Srivastava, A. K. (2014). Cadmium and chromium induced aberrations in the reproductive biology of Hordeum vulgare. Cytologia, 79, 207–214. https://doi.org/10.1508/cytologia.79.207
18. Olorunfemia, D., Durub, E., & Okieimen, F. (2012). Induction of chromosome aberrations in Allium cepa L. root tips on exposure to ballast water. Caryologia: International Journal of Cytology, Cytosystematics and Cytogenetics, 65 (2), 147–151. https://doi.org/10.1080/00087114.2012.711676
19. Pausheva, Z. P. (1980). Praktikum po fiziologii rasteniy [Workshop on plant physiology]. “Kolos”, Moskow, 255. (in Russian).
20. Pavlyukova, N., & Bohuslavska, L. (2015). Proliferatyvna aktyvnist tvirnykh tkanyn koreniv kukurudzy za diyi herbitsydu ta hipertermiyi [Proliferative activity of maize roots meristems under the action of herbicides and hyperthermia]. Visnyk of the Lviv University. Series Biology, 70, 266–270. (in Ukrainian)
21. Ritambhara, T., & Kumar, G. (2010). Genetic loss through heavy metal induced chromosomal stickiness in Grass pea. Caryologia, 63 (3), 223–228.
22. Siddiqui, S. (2015). DNA damage in Cicer plant grown on soil polluted with heavy metals. Journal of King Saud University. Science, 27, 217–223. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2015.02.004
23. Shen, Y., Zhang, Y., & Chen, J., et al. (2013). Genome expression profile analysis reveals important transcripts in maize roots responding to the stress of heavy metal Pb. Physiol. Plant, 147, 270–282. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2012.01670.x
24. Siddiqui, S., Meghvansi, M. K., Wani, M. A., & Jabee, F. (2009). Evaluating cadmium toxicity to the root meristem of Pisum sativum L. Acta Physiol. Plant, 31, 531–536.
25. Srivastava, V., Sarkar, A., & Singh, S., et al. (2017). Agroecological Responses of Heavy Metal Pollution with Special Emphasis on Soil Health and Plant Performances. Front. Environ. Sci., 5 (64), 19. https://doi.org/10.3389/fenvs.2017.00064
26. Xian, Y., Wang, M., & Chen, W. (2015). Quantitative assessment on soil enzyme activities of heavy metal contaminated soils with various soil properties. Chemosphere, 139, 604–608. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.12.060
27. Yakymchuk, R. A. (2015). Tsytohenetychna otsinka mutahennoho vplyvu na korenevu merystemu Triticum aestivum zabrudnen terytoriy, prylehlykh do teplovykh elektrostantsiy [Cytogenetic evaluation of mutagenic effects on a root meristem of Triticum aestivum contamination of the territories adjacent to steam power plants]. Bulletin of Kharkiv National Agrarian University. Biology series, 1 (34), 62–70. (in Ukrainian).
28. Yakymchuk, R. A. (2018). Cytogenetic disorders in Triticum aestivum L. cells, induced by heavy metal releases from industrial production. Ukrainian Journal of Ecology, 8 (1), 317–323. https://doi.org/10.15421/2018_217
29. Yildiz, M., Cigerci, I. H., & Konuk, M., et al. (2009). Determination of genotoxic effects of copper sulphate and cobalt chloride in Allium cepa root cells bychromosome aberration and comet asseys. Chemosphere, 75 (7), 934–938.
30. Zhang, Y., & Yang, X. (1994). The toxic effects of cadmium on cell division and chromosomal morphology of Hordeum vulgare. Mutation Research. Environmental Mutagenesis and Related Subjects, 312 (2), 121–126. https://doi.org/10.1016/0165-1161(94)90016-7